متانول سنگین سرانجام در فضا یافت شد
دوتریم ایزوتوپ سنگین هیدروژن است. در کهکشان ما به ازای هر ۱۰۰٬۰۰۰ اتم هیدروژن حدود ۱٫۶ اتم دوتریم وجود دارد. با این حال در هسته‌های سرد و چگال ابرهای مولکولی، جایی که ستاره‌ها زاده می‌شوند، مولکول‌های حاوی دوتریم می‌توانند چندین مرتبهٔ بزرگی فراوان‌تر از آن چیزی باشند که این نسبت نشان می‌دهد. در چنین دماهای پایینی، چند واکنش کلیدی به‌طور پیوسته دوتریم را به درون مولکول‌ها می‌رانند و این اثر با گذشت زمان بزرگ‌تر می‌شود. بنابراین مقدار دوتریم یک مولکول می‌تواند سرنخی از زمان و مکان شکل‌گیری آن باشد.
رایج‌ترین مولکول پیچیده
متانول (CH₃OH) فراوان‌ترین «مولکول آلی پیچیده» — مولکول‌های کربن‌دار با شش اتم یا بیشتر — در مناطق ستاره‌زایی است. بیشتر در پوشش‌های یخی دانه‌های غبار در مرحلهٔ سرد پیش از روشن شدن ستاره شکل می‌گیرد و پله‌ای به سوی مولکول‌های پیچیده‌تر است.
متانول چهار اتم هیدروژن دارد: سه اتم در سمت کربن و یکی در سمت اکسیژن. نسخه‌هایی با یک، دو یا سه اتم دوتریم در سمت کربن پیش‌تر در فضا آشکار شده بودند. شکل کاملاً دوتریم‌دار، CD₃OD، که در آن هر چهار اتم دوتریم‌اند، تنها نشانه‌هایی از خود بروز داده بود. پیش‌بینی‌های آزمایشگاهی از امضای رادیویی آن از سال ۲۰۲۳ در دسترس است.
ده خط از IRAS4A2
آ. بلوش (A. Belloche) از مؤسسهٔ ماکس پلانک برای اخترشناسی رادیویی در بن، و همکارانی از اروپا، ایالات متحده و آسیا از COMPASS استفاده کردند؛ پیمایشی بزرگ با آرایهٔ تلسکوپ رادیویی ALMA روی یازده ستارهٔ جوان کم‌جرم دارای «هات کورینو» (hot corino) — مناطقی گرم و فشرده که در آن‌ها مولکول‌های یخی بخار می‌شوند و در طول‌موج‌های رادیویی می‌درخشند. آن‌ها بر IRAS4A2 تمرکز کردند، یکی از ستاره‌های یک جفت در ابر NGC 1333 در فاصلهٔ ۲۹۰ پارسکی. همین‌جاست که آمونیاک کاملاً دوتریم‌دار نخستین بار در اطراف یک ستارهٔ جوان شناسایی شد.
گروه با جاروب بسامدهای آسمان از ۲۷۹ تا ۳۱۲ گیگاهرتز، گسیل متانول و همهٔ گونه‌های آن را در دمای حدود ۲۰۰ کلوین مدل‌سازی کرد. هر گونهٔ متانولی که اثر انگشت رادیویی شناخته‌شده‌ای داشت، پدیدار شد. از جمله: CD₃OD، با ده خط که به‌روشنی آشکار شدند. این نخستین آشکارسازی محکم متانول کاملاً دوتریم‌دار در فضاست — و به اشارهٔ نویسندگان، نخستین شناسایی هر مولکولی با چهار اتم دوتریم در محیط میان‌ستاره‌ای. مقدار آن تقریباً ۴ بخش در ۱۰٬۰۰۰ از متانول آنجاست.
متانولی که پنهان می‌شود
معمایی هم همراهش آمد. در مقایسه با نسخه‌های کمیاب کربن-۱۳ و اکسیژن-۱۸، متانول معمولی بسیار کمیاب‌تر از حد به نظر می‌رسید — حدود ۷ تا ۱۱ برابر کمتر — در حالی که نسخه‌های کمیاب با یکدیگر به‌طور معقولی همخوانی داشتند. نویسندگان نتیجه می‌گیرند که مقدار متانول معمولی احتمالاً کمتر از واقع برآورد شده است، شاید به این دلیل که گسیل آن از توده‌ها می‌آید نه از ابری یکنواخت. از این رو برای محاسبهٔ نسبت‌های دوتریم، نسخه‌های کمیاب را جانشین آن کردند.
دوتریم فراتر از شانس انباشته می‌شود
اگر دوتریم صرفاً به‌طور تصادفی و با احتمالی ثابت جای هیدروژن را می‌گرفت، هر گونه باید به نسبت دوتریم به هیدروژن یکسانی اشاره می‌کرد. اما نسبت استنتاج‌شده با تعداد اتم‌های دوتریم بالا می‌رود: حدود ۱٪ برای شکل‌های تک‌دوتریمی، ۹ تا ۲۳٪ برای شکل‌های دو و سه‌دوتریمی، و حدود ۴۱٪ هنگام مقایسهٔ CD₃OD با CH₃OD. الگوی IRAS4A2 تقریباً با الگوی ستارهٔ جوان دیگری، BHR71-IRS1، یکسان و به دیگر پیش‌ستاره‌های کم‌جرم شبیه است.
مدل‌ها سرِ سنگین را از دست می‌دهند
گروه این نسبت‌ها را با پنج مدل شیمیایی منتشرشده دربارهٔ چگونگی انباشت متانول و شکل‌های دوتریم‌دارش مقایسه کرد. همهٔ آن‌ها شکل‌های چنددوتریمی را کمتر از واقع برآورد می‌کنند، معمولاً یک تا دو مرتبهٔ بزرگی — و برای CD₃OD در یکی از مدل‌ها، حدود پنج مرتبهٔ بزرگی. داوری نویسندگان: جزئی کلیدی که متانول به‌شدت دوتریم‌دار را تقویت می‌کند، در مدل‌های کنونی غایب است.
این آشکارسازی پیش‌بینی‌ای هم دارد. دو گونهٔ باقی‌مانده، CH₂DOD و CHD₂OD، باید به‌محض آنکه طیف‌سنج‌های آزمایشگاهی امضای رادیویی‌شان را فراهم کنند، به‌آسانی در IRAS4A2 دیده شوند. نگاهی دقیق‌تر با تفکیک زاویه‌ای بالاتر نیز می‌تواند آشکار کند که آیا متانول واقعاً در توده‌ها جای دارد یا نه.